一种反射率分布测量系统的制作方法

本实用新型涉及光电子技术领域，具体而言，涉及一种反射率分布测量系统。

背景技术：

对于高功率激光驱动系统的镀膜元件来说，要求膜层反射率不均匀性＜0.1％(峰谷值)。膜层反射率不均匀性会严重影响激光器出光光束质量，以及元件本身的使用寿命。现有的检测膜层反射率不均匀性的方法为逐点扫描法，这种方式分辨率(有效采样点数)低，耗费时间长，不能满足高功率激光驱动系统的大口径镀膜元件(通光口径大于400mm)的检测需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种反射率分布测量系统，能够有效地改善上述问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种反射率分布测量系统，包括探测光产生装置、样品台、成像装置以及控制装置。所述样品台用于放置待测样品，所述成像装置位于所述待测样品对所述探测光产生装置发出的探测光束的反射光传播路径中。所述成像装置与所述控制装置耦合。当待测样品置于所述样品台上时，所述探测光产生装置发出的探测光束入射到所述待测样品表面的待测区域，由所述待测样品反射的探测光束入射到所述成像装置，在所述成像装置中所成的像被转换为电信号发送给所述控制装置。所述控制装置用于根据所述电信号得到所述待测区域的反射图像，根据所述反射图像及基准图像得到所述待测样品表面待测区域的反射率分布数据。其中，所述基准图像为所述成像装置采集的所述探测光产生装置发出的探测光束的图像。

进一步的，上述探测光产生装置包括光源和光束调整模块，所述光源发出的初始光束经所述光束调整模块调整为满足预设条件的探测光束后入射到所述待测样品表面的待测区域。

进一步的，上述光束调整模块包括滤光片，所述光源发出的初始光束经过所述滤光片后形成的所述探测光束入射到所述待测样品表面的待测区域。

进一步的，上述光束调整模块包括光阑，所述光源发出的初始光束入射到所述光阑，通过所述光阑的通光孔的初始光束作为所述探测光束入射到所述待测样品表面。

进一步的，上述光源为面阵LED。

进一步的，上述样品台为电动旋转平移台，所述电动旋转平移台的控制端与所述控制装置耦合，所述控制装置还用于发出控制信号至所述电动旋转平移台以调节置于所述电动旋转平移台上的待测样品的空间姿态。

进一步的，上述反射率分布测量系统还包括置物台。所述成像装置设置于所述置物台上且与所述置物台连接，所述电动旋转平移台的旋转轴通过传动机构与所述置物台连接，以使得所述成像装置的位置能随着置于所述电动旋转平移台上的待测样品的转动而变化，接收由所述待测样品反射的探测光束。

进一步的，当所述探测光束以不同的入射角入射到所述待测样品表面的待测区域时，由所述待测区域反射的探测光束均能成像在所述成像装置的同一区域。

进一步的，上述成像装置包括CCD图像传感器阵列。

进一步的，上述探测光束为能量分布均匀的平行光束。

相比于现有技术，本实用新型实施例提供的反射率分布测量系统，通过成像装置对待测样品表面待测区域反射的探测光束进行成像，并将所成的像转换为电信号发送给控制装置。然后通过控制装置处理该电信号得到待测区域的反射图像，并进一步根据该反射图像及基准图像得到待测样品表面待测区域的反射率分布数据。这样能够有效地提高系统的采样率，减少检测时间，提高测量效率。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本实用新型实施例提供的一种反射率分布测量系统的结构示意图；

图2示出了图1所示的反射率分布测量系统的初始状态下的结构示意图；

图3示出了本实用新型实施例提供的一种反射率分布测量方法的流程图；

图4示出了图3中步骤S110的流程图。

图中：10-反射率分布测量系统；110-探测光产生装置；101-光源；111-光束调整模块；102-滤光片；103-光阑；1031-通光孔；120-样品台；130-成像装置；140-控制装置；200-待测样品。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“耦合”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

图1示出了本实施例提供的反射率分布测量系统的结构示意图。如图1所示，本实用新型实施例的反射率分布测量系统10，包括探测光产生装置110、样品台120、成像装置130以及控制装置140。其中，成像装置130与控制装置140耦合。

样品台120用于放置待测样品200。当待测样品200置于样品台120上时，成像装置130位于待测样品200对探测光产生装置110发出的探测光束的反射光传播路径中。此时，探测光产生装置110发出的探测光束入射到待测样品200表面的待测区域，由待测样品200反射的探测光束入射到成像装置130、在成像装置130中成像。成像装置130将上述待测样品200的反射光所成的像转换为电信号发送给控制装置140。

本实施例中，上述待测样品200可以为镀膜光学元件，旨在测量膜层的反射率分布，例如，可以是高功率激光驱动系统中的镀膜光学元件。

例如，当待测样品200为镀膜的片状光学元件时，可以将该片状光学元件的非镀膜面直接粘贴于样品台120中具有预设倾斜角度的倾斜面上。或者，可以通过特殊设计的夹具，将待测样品200装夹在样品台120上，并能够使得待测样品200倾斜预设倾斜角度，以使得入射到待测样品200表面的探测光束能够被反射到成像装置130。本实施例中，样品台120可以为三维手动平移台或三维电动平移台，可以带动待测样品200沿样品台120的长度方向、宽度方向和高度方向平移。另外，除了实现带动待测样品200沿样品台120的长度方向、宽度方向和高度方向平移外，为了方便调节待测样品200的倾斜角度，样品台120也可以为电动旋转平移台。

需要说明的是，为了提高测量结果的准确性，并减少对待测样品200进行反射率测量的扫描次数，提高测量效率。不同于传统的逐点扫描的测量方式，本实用新型实施例中，入射到待测样品200表面的探测光束优选为平行光束，且光斑的能量分布均匀，面积较大。例如，入射到待测样品200的探测光束的光斑面积可以达到100mm×100mm，具体形状和尺寸可以根据待测样品200表面的形状及尺寸调整。优选的，探测光束的光斑为方形光斑，相应地，上述待测区域则为方形区域，以便于设计扫描路径对整个待测样品200的表面进行扫描，从而测得整个待测样品200表面的反射率分布。

在本实施例的一种实施方式中，探测光产生装置110可以为面光源，例如，可以为面阵发光二级管(Light Emitting Diode，LED)。当探测光产生装置110为面阵LED时，面阵LED发出的近似于平行的均匀光束即为探测光束。可以根据所需的光斑形状及尺寸设置面阵LED的个数及排布方式。本实施例中，面阵LED的发光波段可以是紫外至近红外的任意波段，具体可以根据需要选择。

在本实施例的另一种实施方式中，探测光产生装置110可以包括光源101和光束调整模块111，如图1所示。光源101发出的初始光束经光束调整模块111调整为满足预设条件的探测光束后入射到待测样品200表面的待测区域。其中，预设条件可以根据具体光源101以及所需的光斑形状和尺寸设置。例如，预设条件可以是波长条件，也可以是光斑形状和尺寸条件，或者是包括波长条件和光斑形状及尺寸条件。

具体的，上述光源101可以为面光源，例如可以为面阵LED。当光源101为面阵LED时，发出的初始光束为近似于平行的均匀光束。此时，光束调整模块111可以根据需要设置。

当需要测量待测样品200对于特定波段的探测光束的反射率分布情况时，光束调整模块111可以包括滤光片102，用于滤除上述特定波段以外的其它波长的光。光源101发出的初始光束经过滤光片102后形成的探测光束入射到待测样品200表面的待测区域。本实施例中，滤光片102可以为带通滤光片，例如可以根据需要采用窄带滤光片。例如，当需要测量待测样品200在1053nm下的反射率分布及反射率不均匀性(峰谷值)时，光源101可以采用1053nm的面阵LED，光束调整模块111可以包括中心波长为1053nm的窄带滤光片。

此外，为了方便去除杂散光并得到特定形状及尺寸的探测光束，光束调整模块111可以包括光阑103，光阑103包括通光孔1031。光源101发出的初始光束入射到光阑103，通过光阑103的通光孔1031的初始光束作为探测光束入射到待测样品200表面，从而使得探测光束的光斑形状及尺寸均满足用户需求。例如，当上述通光孔1031为矩形时，入射到待测样品200的探测光束的光斑为矩形光斑。

可以理解的是，在本实用新型的优选实施例中，光束调整模块111可以既包括滤光片102，又包括光阑103，以得到特定波段、特定光斑形状及尺寸的探测光束。

此外，上述光源101也可以为激光器或激光二极管。当光源101为激光器或激光二极管时，为了得到稳定且能量均匀分布的探测光束，光束调整模块111可以包括匀光片，通过匀光片将激光器或激光二极管发出的激光光束调整为稳定且均匀的探测光束。当然，此时为了进一步使得入射到待测样品200上的探测光束满足上述的波长条件和/或光斑形状及尺寸条件，光束调整模块111也可以对应地包括滤光片102和/或光阑103。

本实施例中，成像装置130用于在控制装置140的控制下将待测样品200表面反射的探测光束所成的光学图像转换为电信号发送给控制装置140。需要说明的是，成像装置130的工作波长应该对应于探测光束的波长。具体的，成像装置130优选采用CCD(Charge-coupled Device)图像传感器，具体可以为配置有物镜的CCD图像传感器阵列。本实施例中，上述物镜优选为微距物镜。为保证检测精度，可以选择位数大于16位的高灵敏度CCD。探测光束入射到待测样品200表面后，由待测样品200表面反射的探测光束通过物镜后成像到CCD的像元，控制装置140控制CCD将光学图像转换为电信号发送给控制装置140，以便于进一步分析。通过CCD采集待测样品表面各待测区域的反射图像，以进一步得到待测样品表面的反射率分布，能够有效地增加采样点数，提高系统的分辨率。

当然，除了上述实施方式外，在本实用新型的其他实施例中，成像装置130也可以采用CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)图像传感器。

控制装置140用于根据成像装置130发送的电信号得到待测样品200的待测区域的反射图像，根据反射图像及基准图像得到待测样品200表面待测区域的反射率分布数据。其中，反射图像即为该待测区域反射的探测光束所成的图像，基准图像为成像装置130采集的探测光产生装置110发出的探测光束的图像。

本实施例中，基准图像可以是预先通过成像装置130采集的探测光产生装置110发出的探测光束的图像，存储在控制装置140内。或者，基准图像也可以是每一次测量过程中，通过成像装置130实时采集的探测光产生装置110发出的探测光束的图像。当然，为了提高测量结果的准确性，基准图像优选为实时采集的。

例如，假设CCD的分辨率为N，图像每个像素的灰度值变化即反应了进入CCD的入射光束的N个点的光强变化。因此，将反射图像中每个像素点的灰度值除以基准图像中对应像素点的灰度值即可以得到该像素点对应的待测样品200上N个点的反射率。设反射图像为R，基准图像为S，R(u，v)表示反射图像中像素点(u，v)的灰度值，S(u，v)表示基准图像中像素点(u，v)的灰度值。像素点(u，v)对应的待测样品200上的N个点的反射率T(u，v)＝R(u，v)/S(u，v)。假设待测样品200包括n个待测区域，通过本系统对各待测区域进行扫描得到各待测区域的反射图像后，可以计算出，待测样品200表面的N×n个点的反射率，从而得到待测样品200表面的反射率分布。比较这些反射率，获取反射率最大值和反射率最小值，即可得到该待测样品200表面的反射率不均匀性。例如，反射率不均匀性可以是峰谷值，即通过反射率最大值减去反射率最小值得到。

此外，当上述样品台120为电动旋转平移台时，电动旋转平移台的控制端与控制装置140耦合，如图1所示。此时，控制装置140还用于发出控制信号至电动旋转平移台以调节置于电动旋转平移台上的待测样品200的空间姿态。假设以任意点为原点O建立三维直角坐标系，且将探测光束的入射方向定义为X轴方向，当探测光束的入射角为45度时，反射光的出射方向为Y轴方向(图中未示出Z轴)。为了方便方便待测样品200的空间姿态调节，本实施例中采用的电动旋转平移台可以四自由度的电控平移台，即具有空间X、Y、Z方向的移动自由度以及绕Z轴的转动自由度。电动旋转平移台可以带动待测样品200沿X轴方向、Y轴方向及Z轴方向移动，当待测样品200放置于电动旋转平移台上且待测样品200的表面垂直于XOY平面时，通过控制电动旋转平移台旋转可以带动待测样品200沿XOY平面的顺时针或逆时针方向转动。或者，为了能更灵活地调节待测样品200的空间姿态，电动旋转平移台也可以采用六自由度的电控平移台，即具有空间X、Y、Z方向的移动自由度以及绕X轴、Y轴、Z轴的转动自由度。

当探测光束的入射方向不变时，若待测样品200的倾斜角发生变化，则反射光的方向也将随之变化，且需要相应地调节成像装置130的位置，以接收由待测样品200表面反射的探测光束。为了方便调节成像装置130的位置，本实施例提供的反射率分布测量系统10还可以包括用于设置成像装置130的置物台，成像装置130安装于置物台上且与置物台连接。电动旋转平移台的旋转轴通过传动机构与置物台连接，以使得成像装置130的位置能随着置于电动旋转平移台上的待测样品200的转动而变化，接收由待测样品200反射的探测光束。

如图2所示，假设初始状态下，电动旋转平移台的旋转角度为0度时，电动旋转平移台、置物台均沿探测光产生装置110出射的探测光束的传播路径设置，当电动旋转平移台上不放置待测样品200时，探测光产生装置110出射的探测光束能够直接入射到置于置物台上的成像装置130中。当电动旋转平移台带动待测样品200从初始状态在XOY平面上逆时针旋转45度时，置物台的位置也随着电动旋转平移台的旋转轴的转动，绕电动旋转平移台的旋转轴转动90度，使得成像装置130位于如图1所示的位置。此时，入射到待测样品200上的探测光束的入射角为45度，被待测样品200反射到成像装置130中。

本实施例中，传动机构是能够实现置物台与电动旋转平移台的旋转轴联动的结构。具体的，传动机构可以包括齿轮组和连接组件，例如可以包括第一齿轮、传动齿轮组、第二齿轮以及连接杆。第一齿轮套设在电动旋转平移台的转轴上，传动齿轮组与第一齿轮啮合，第二齿轮与传动齿轮组啮合，且第二齿轮的中心转轴与第一齿轮的转轴同轴设置，第二齿轮的转轴通过连接杆与置物台连接。此时，电动旋转平移台的转轴转动时，就可以带动第二齿轮转动，从而通过连接杆带动置物台绕电动旋转平移台的转轴转动。通过设置第一齿轮、传动齿轮组以及第二齿轮的传动比，可以现实当电动旋转平移台带动待测样品200转动α角时，带动置物台绕电动旋转平移台的转轴转动2α角，从而使得探测光束以任意入射角β入射到待测样品200表面时，反射光束均能被成像装置130接收；当电动旋转平移台带动待测样品200回转到初始状态时，置物台也随之回到初始状态。其中，β大于0度且小于90度。这样也有利于使得当探测光束的入射角不同时，由待测样品200表面反射的探测光束均能成像在成像装置130的同一区域，有助于提高测量结果的准确性。需要说明的是，以上只是一种传动机构的具体示例，除了上述结构外，传动机构也可以采用现有的其他能实现上述功能的结构。

另外，在其他实施例中，成像装置130的位置调节装置也可以独立于电动旋转平移台设置，即可以根据电动旋转平移台带动待测样品200转动的角度，也就是当前入射的探测光束的出射角，控制上述位置调节装置调节成像装置130的位置，使得待测样品200反射的探测光束能够被成像装置130接收。例如，位置调节装置可以通过现有技术实现，例如可以包括电机、弧形轨道、连接杆等。

本实施例中，控制装置140可以优选为计算机。当然，控制装置140也可以为单片机、DSP、ARM或FPGA等具有数据处理功能的芯片。

需要说明的是，本系统中，为了减小光束的漫反射对测量结果的影响，光阑103上可以涂覆黑色涂层。另外，当本系统设置有封装壳体时，封装壳体的内壁也可以涂覆黑色涂层。

相比于现有技术，本实用新型实施例提供的反射率分布测量系统10，通过成像装置130对待测样品200表面待测区域反射的探测光束进行成像，并将所成的像转换为电信号发送给控制装置140。然后通过控制装置140处理该电信号得到待测区域的反射图像，并进一步根据该反射图像及基准图像得到待测样品200表面待测区域的反射率分布数据。这样能够有效地提高系统的采样率，减少检测时间，提高测量效率。

另外，本实用新型实施例还提供了一种反射率分布测量方法，应用于上述的反射率分布测量系统10。图3示出了本实用新型实施例提供的反射率分布测量方法的流程图。如图3所示，该方法包括：

步骤S110，控制样品台移动以使得探测光产生装置发出的探测光束以预设入射角对放置于样品台上的待测样品的各待测区域进行扫描；

当放置于样品台120上的待测样品200的倾斜角固定时，也就是说入射到待测样品200表面的探测光束的入射角一定时，通过移动待测样品200的位置，实现探测光束对待测样品200表面各待测区域的扫描。具体的，可以根据光斑形状、尺寸以及待测样品200的形状、尺寸设计扫描路径。

当放置于样品台120上的待测样品200的倾斜角可以任意调节时，例如，当样品台120为电动旋转平移台时，可以先控制电动旋转平移台调节待测样品200的空间姿态，使得探测光束以预设的入射角入射到待测样品200表面、反射至成像装置130。

当样品台120为电动旋转平移台时，如图4所示，步骤S110可以具体包括：

步骤S111，获取待测样品的形状及尺寸数据；

本实施例中，可以通过输入装置输入当前待测样品200的形状和尺寸数据。例如，控制装置140为计算机时，输入装置可以是键盘或鼠标，也可以是触摸屏。例如，当待测样品200的待测表面的形状为长方形时，尺寸数据可以包括长、宽和面积。

步骤S112，根据探测光产生装置发出的探测光束的光斑形状及尺寸数据、待测样品的形状及尺寸数据以及预设入射角得到扫描路径；

探测光产生装置110发出的探测光束的光斑形状及尺寸数据可以是预先存储在控制装置140中的。或者，也可以通过成像装置130实时采集探测光束的基准图像，然后通过控制装置140对该基准图像进行图像处理得到探测光束的光斑形状及尺寸数据。又或者，还可以通过输入装置实时输入探测光束的光斑形状及尺寸数据。其中，扫描路径可以包括扫描的方向，以及每个方向上扫描的次数即移动次数，尽量能够覆盖整个待测样品200。

步骤S113，驱动电动旋转平移台控制待测样品转动至预设位置，以使得探测光产生装置发出的探测光束以预设入射角入射到待测样品表面；

控制装置140根据预设的入射角控制电动旋转平移台带动待测样品200转动至预设位置，使得探测光产生装置110发出的探测光束以预设入射角入射到待测样品200表面。入射角具体可以是一个固定的角度，或者，也可以根据需要设置。

步骤S114，驱动电动旋转平移台控制待测样品以上述扫描路径移动，以使得探测光产生装置发出的探测光束以预设入射角依次入射到待测样品表面的各待测区域。

步骤S120，根据基准图像以及成像装置接收到待测样品表面每个待测区域反射的探测光束后发送的该待测区域的反射图像得到待测样品表面的反射率分布数据。

其中，基准图像为成像装置130采集的探测光产生装置110发出的探测光束的图像。基准图像可以是预先采集后存储在控制装置140中的，也可以是实时采集的。当基准图像为实时采集的时，通过成像装置130采集基准图像的步骤可以发生在采集待测样品200的各个待测区域的反射图像之前，也可以发生在采集完待测样品200的各个待测区域的反射图像之后。由于采集待测样品200的各个待测区域的反射图像时，调节待测样品200的姿态需要花费一定的时间，考虑到光源101和成像装置130的稳定性，优选可以先通过成像装置130采集基准图像，然后再通过该成像装置130采集待测样品200的各个待测区域的反射图像，这样有利于提高测量结果的准确性。

控制装置140获取到成像装置130采集的基准图像以及某待测样品200的各个待测区域的反射图像后，分别根据基准图像以及每个待测区域的反射图像得到待测样品200表面的每个待测区域的反射率分布，从而可以得到待测样品200表面的反射率分布数据。进一步，比较这些反射率，获取反射率最大值和反射率最小值，即可得到该待测样品200表面的反射率不均匀性。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体工作过程，可以参考前述系统、装置和单元实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。